Cogénération et centrales électriques distribuées

La production décentralisée, qui se développe rapidement, change la façon dont le réseau va fonctionner.

La cogénération, de l'énergie renouvelable intermittente non stockable, change l'intermittence des productions.

L'éolien est-il centralisé ou distribué?

Cette question détermine le rôle de l'éolien dans le surcoût du réseau.

Ces modes de génération de l'électricité amènent une concurrence entre les renouvelables où l'éolien est mal positionné.

Énergie décentralisée et cogénération

La consommation électrique a doublé de 1970 à 2005 dans les pays de l’OECD, et continue à augmenter de quelques pourcents chaque année malgré les campagnes médiatiques pour les Négawatts (réduction de la consommation électrique).

Le réseau s'est adapté à cette évolution. Pendant ces années, des perfectionnements, en qualité et en capacité, y ont été ajoutés. La plupart des zones du réseau sont couramment utilisées à la limite de leur charge maximum. Les travaux, qui étaient traditionnellement résolus par un fournisseur national ayant le monopole vertical et donc ayant tout sous son contrôle, étaient techniquement bien conçus et exécutés. Ces travaux sur le réseau ont fourni un grand nombre d’emplois.

Les politiciens ont résolu de transformer le réseau en un monopole naturel géré par des fonctionnaires ou en d’autres systèmes de gestion impliquant une collaboration entre le public et le privé.

La libéralisation du réseau pose des problèmes pas encore résolus. Comment arriver à ca qu'un comité de politiciens, fonctionnaires, et entrepreneurs, gérent bien un réseau et au moindre coût.

Les planificateurs de l’extension du réseau ont maintenait beaucoup d’inconnues devant eux, (1) le projet de construire un réseau européen et (2) la contrainte de devoir accepter que l’éolien puisse se connecter de façon prioritaire et automatique. (Les documents officiels parlent de renouvelables ayant un accès prioritaire au réseau mais les problèmes techniques concernent principalement l’éolien).

Dans un domaine influencé par des lobbies et imposé par des décisions non liées aux lois d'un marché en concurrence, qui va payer pour cet investissement à long terme et de quelle façon seront récupérés les frais financiers ? Ce sont évidemment, comme pour les parcs industriels éoliens, les consommateurs qui paieront en finale mais quelle sera la part des travaux inutiles ainsi financés ?

Production d’énergie décentralisée

Dans les zones urbaines à forte densité de population, la production locale d’électricité est une solution intéressante pour les raisons suivantes :

Les petites centrales locales au gaz naturel ont des coûts comparables aux grandes centrales puisqu’elles payent le gaz à un prix similaire et ont des pertes moindres en ligne.
L’alimentation par des centrales au gaz plutôt qu’au charbon est moins polluante et la technologie des filtres anti poussières est devenue efficace.
Bien que les petites centrales électriques au gaz soient moins efficientes que les grandes centrales TGV (Turbine-Gaz-Vapeur), la différence ne justifie pas les grandes installations.
Des entreprises sont contraintes d’installer leurs propres centrales électriques (moteur diesel ou turbines à gaz) car la protection contre les pannes de réseau est déterminante (hôpitaux, entreprises dépendant de l’informatique, banques, gestion des cartes de crédit, surveillance électronique, etc.). Vu le grand nombre de pannes de réseau dans les pays ayant beaucoup d’éolien (Allemagne, Danemark, Espagne), ces systèmes sont de plus en plus nécessaires.

Les centrales locales pourraient fonctionner uniquement pour servir leurs consommateurs locaux, ce qui est rentable car cela supprime les charges du réseau (de l'ordre de 50 % du prix de l'électricité distribuée), mais les utilisateurs locaux perdraient les avantages d'un grand réseau (fiabilité, possibilité de pointe de charge).

La vente d'électricité par les centrales locales au réseau est techniquement possible et pose des problèmes de facturation. Une association de centrales locales a des arguments pour préférer son électricité à celle de sources renouvelables, par la menace de se déconnecter du réseau. Elle peut lutter contre la toute-puissance du réseau national ou européen et les empêcher de faire des investissements inutiles et est ainsi un contre-pouvoir nécessaire.

Les centrales locales doivent cependant être suffisamment évoluées pour se synchroniser sur le réseau et soutenir sa stabilité, ce qui n’est le cas que pour des centrales spécialement conçues. Les promoteurs de la décentralisation disent que c'est au réseau de se perfectionner puisque cela déplace les coûts vers l'ensemble des consommateurs.

À la fin de 2004, 7,2 % de l’électricité était produite par des centrales locales. Le potentiel d’extension de ces centrales décentralisées reste important puisque les zones denses des villes contiennent jusqu’à 30% de la population et des immeubles pour le tertiaire. Les grandes villes sont en croissance dans le monde. Ces cogénérations, qui fournissent l'électricité demandée localement, ne sont pas conçues pour servir de backup à l'éolien.

Chauffage centralisé des immeubles

Pour chauffer un ensemble de grands immeubles en ville (y compris bureaux, hôpitaux, écoles, garages, magasins et ateliers), on peut utiliser l’eau chaude qui est un sous-produit des centrales électriques.

Le transport de chaleur se fait par des tuyaux calorifugés et des pompes. Comme ceux qui ont des accumulateurs d’eau chaude l’ont constaté, le calcaire et d’autres produits ont tendance à s’incruster sur les parois ou à attaquer le métal. Les accumulateurs et tuyaux ont donc besoin d’un entretien régulier et ont une durée de vie réduite.

Le transfert de chaleur se fait normalement avec de l’eau déminéralisée en circuit fermé en passant par des échangeurs. Dans les usines, d’autres fluides caloporteurs, plus efficaces, sont parfois utilisés mais ils sont plus toxiques à l’ingestion et plus gênants lors des fuites. Pour les radiateurs dans les lieux d’habitation, on doit utiliser de l’eau.

Des échangeurs de chaleur peuvent être utilisés entre un réseau de fluide chaud et le suivant mais ils s’ajoutent aux coûts d’investissement et d’entretien. Ces échangeurs sont utilisés à la sortie des centrales nucléaires pour avoir plusieurs barrières de séparation entre les fluides irradiés et les fluides distribués.

Pour le moment, le transport de chaleur n’est envisageable que sur quelques kilomètres. Il faudrait l’équivalent de la construction de nouveaux tubes de métros pour une distribution importante. Le coût des matières d’isolation est tel que l’on doit tolérer une déperdition importante de chaleur dans les canalisations, surtout pour l’alimentation intermittente en eau chaude : il faut faire couler le robinet d’autant plus longtemps qu’on est plus loin de la source de chaleur.

Des systèmes de stockage de chaleur d’une demi-journée sont en général inclus pour que les chaudières aient un fonctionnement régulier malgré une utilisation intermittente de l’eau chaude. Des accumulateurs électriques couplés avec des compteurs intelligents servent à chauffer l’eau pendant la nuit dans les pays ayant assez d’énergie nucléaire.

Cogénération : Production conjointe d’électricité et de chaleur

Au lieu d’avoir des chaudières locales pour chauffer les immeubles, on construit plutôt des centrales électriques de district à proximité des zones d’habitation pour récupérer l’électricité et la chaleur résiduelle, laquelle sert à chauffer les immeubles mais est éliminée dans une tour d’aération en été.

Les petites centrales de cogénération ont un rendement bien meilleur que de simples chaudières (et font des économies de CO2). Ces systèmes sont encore plus rentables grâce aux subsides exagérés pour la cogénération. À égalité d'investissement, le CO2 évité par la cogénération est bien plus important que par l'éolien.

L’électricité est utilisée localement mais il y a des variations de consommation relative d’autant plus fortes que le groupe d’utilisateur est plus réduit. Pour utiliser le réseau général plus vaste et mieux répartir cette énergie, la centrale à cogénération se synchronise sur le réseau pour s’y connecter. Cela n’augmente pas beaucoup les pertes en ligne mais pose des problèmes de facturation et de priorité de refus vis-à-vis des autres renouvelables, surtout l'électricité éolienne. Les compteurs qui tournent dans les deux sens ne tournent pas à la même vitesse des deux côtés sinon ils bénéficieraient des taxes sur l'électricité et des coûts financiers du réseau.

Le calcul de l’économie d’énergie de la cogénération donne lieu aux habituelles distorsions intéressées en convertissant des kWh en Joules dans des domaines différents où l’on ignore si les énergies sont intermittentes, stockables, transportables ou utilisables. La conversion de chaleur en électricité a un rendement de l’ordre d'un tiers. Il reste presque 50% de chaleur qui est utilisée, d’une façon bien valorisée par les calculs d’énergie, pour chauffer les immeubles. On a décrété que l'on pouvait sommer l’électricité et la chaleur (rendement de 80 %). Le CO2 évité est décrété valoir 50% par rapport au chauffage direct au gaz. La cogénération évite plus de CO2 qu’un chauffage séparé de l’électricité du réseau mais elle en produit plus que la combinaison d’électricité nucléaire et de chauffage direct.

Le combustible fossile peut être remplacé par du combustible renouvelable. Une catégorie supérieure de centrales de cogénération permet d'utiliser une variété de combustibles : charbon, bois, déchets, etc. Ces centrales flexibles sont plus chères, moins réactives et ont besoin de dispositifs anti polluants plus compliqués. Les déchets brûlent mieux quand ils sont mélangés à du charbon.

Intermittence et cogénération

La cogénération requiert que les centrales soient à proximité d’une possibilité d’utilisation de la chaleur.

L’intermittence de la production d’électricité par cogénération suit un cycle spécial. La consommation de chaleur des radiateurs est liée à la température extérieure. Elle est prévisible comme la demande d’électricité dans les centres de dispatching.

La consommation d’eau chaude domestique est assez constante suivant les saisons mais variable suivant l’heure. Des accumulateurs la régularisent sur la journée ou, de préférence, l’augmentent pendant les périodes creuses.

En cas de surproduction électrique dans la région, les centrales de cogénération sont en compétition pour la priorité d’accès au réseau avec les autres énergies renouvelables non stockables : les éoliennes et les cellules photovoltaïques. Le chauffage par cogénération ne va pas s’arrêter parce qu’il y a du vent et le réseau électrique associé à la cogénération est normalement conçu pour s'alimenter à la production locale plutôt que de prendre de l'électricité extérieure dans ce cas. La limite de l’éolien utilisable doit tenir compte de la production décentralisée qui pourrait représenter 30 % dans un pays converti au gaz naturel et aux combustibles renouvelables.

Les avantages de l’énergie décentralisée sont, d’après le rapport du GIEC (Section 4.3.8), une diminution des pertes en ligne, une fiabilité accrue de l’alimentation électrique et un recul du moment où on est contraint d'améliorer la capacité du réseau électrique si la demande électrique augmente. L’augmentation de capacité du réseau réclamée par les lobbies éoliens peut ainsi être évitée en augmentant la cogénération distribuée tandis que la quantité d’électricité que le réseau puisse accepter de l’éolien diminue.

Décentralisation et éolien

Certains slogans de propagande éolienne expliquaient que l’éolien produit de l’électricité de façon distribuée là où elle est utilisée, réduisant ainsi les pertes en ligne.

L’éolien est produit là où il y a du vent. Tant que sa production était encore assez faible, il pouvait s’ajouter comme une quantité négligeable par rapport aux fluctuations de la demande.

Cela n’est plus le cas là où l’éolien offshore devient important. Dans quelques pays, l’éolien fournit plus de 50 % de la puissance demandée en période creuse. Cette énergie provient surtout d’une production centralisée en mer pendant les courtes périodes venteuses et doit être transportée chez les utilisateurs au centre du pays, ce qui augmente fortement les longueurs de transport. Une telle situation existe en Allemagne. Il est donc faux de dire maintenant que la production éolienne est décentralisée. Elle est au contraire très concentrée.

Si un réseau européen renforcé est construit un jour, la puissance électrique éolienne sera centralisée sur le lieu fluctuant qui est le centre venteux de la dépression active à ce moment. La puissance produite devra être distribuée de là vers l’ensemble du territoire européen. Comme la puissance éolienne est égale à la demande du réseau, il faudrait préalablement avoir doublé les capacités du réseau pour que cela fonctionne.

Comme les réseaux de transmission et de distribution représentent 54 % du capital global de la fourniture d’électricité d’un pays (d'après le GIEC, section 4.3.7), l’investissement pour doubler le réseau serait donc égal au capital du réseau actuel : une manne pour les entreprises de fabrications électriques et mécaniques ; une fortune qui explique le lobbysme appuyant ce projet de réseau européen ; un coût exorbitant qui serait payé par les consommateurs captifs.

Les pertes en ligne de ce réseau européen, qui étaient de 7 %, atteindraient alors, disons, 10 %. La production éolienne sera alors égale aux pertes du réseau. En effet, 10 % de production éolienne en moyenne annuelle correspondent à 50 % de la puissance totale pendant 20 % du temps (facteur de charge).

La compétition des renouvelables pour l’accès au réseau ne laissera survivre que les plus performants. Après le nucléaire et l’hydro-électricité, la cogénération prendra priorité sur l’éolien en excès, du moins si le but est de réduire le CO2 et non de transmettre des subsides de la poche des consommateurs dans celles des promoteurs. Les contrats actuels concoctés par la Commission européenne obligent à continuer à payer l’éolien, qu’on l’utilise ou pas. Ce genre de contrat à long terme se justifiait pour un achat de gaz compensé par le financement des gazoducs. Les contrats éoliens n'ont pas ce genre de justification et devraient être immédiatement suspendus pour préserver le pouvoir d'achat des consommateurs et la compétitivité des entreprises consommant beaucoup d'électricité et générant des emplois.

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